MARKO PIKKARAINEN MUUTTUNEISTA KUORMITUKSISTA AIHEUTUVAT SÄHKÖN LAADUN ONGELMAT SEKÄ NIIDEN ARVIOINTI JA MITTAAMI- NEN

Transkriptio

1 MARKO PIKKARAINEN MUUTTUNEISTA KUORMITUKSISTA AIHEUTUVAT SÄHKÖN LAADUN ONGELMAT SEKÄ NIIDEN ARVIOINTI JA MITTAAMI- NEN Diplomityö Tarkastaja: professori Pekka Verho Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tieto- ja sähkötekniikan tiedekuntaneuvoston kokouksessa 9. joulukuuta 2009

2 II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma PIKKARAINEN, MARKO: Muuttuneista kuormituksista aiheutuvat sähkön laadun ongelmat sekä niiden arviointi ja mittaaminen. Diplomityö, 93 sivua, 3 liitesivua Maaliskuu 2010 Pääaine: Sähköenergiajärjestelmät Tarkastaja: professori Pekka Verho Avainsanat: Sähkön laatu, jännitteen laatu, AMR, etäluettavat energiamittarit, Iskraemeco MT372, eql Laatumoduuli, Dranetz PX-5, nopeat jännitemuutokset, välkyntä, SFS-EN 50160, lämpöpumppu, klapikone, hitsauslaite, sähkölaitteiden aiheuttamat ongelmat, laajamittainen sähkön laadun hallintajärjestelmä. Sähkön laadun mittaus on perinteisesti perustunut keskitettyyn kiinteään mittaukseen sähköasemalla sekä tapauskohtaiseen tilapäiseen mittaukseen, jolla on pyritty vastaamaan selvitystarpeisiin ja reklamaatiotilanteisiin. Laitekehitys on tuonut jakeluverkkoon laitteita, joiden häiriönsietokyky on alentunut, sekä laitteita, jotka tuottavat entistä enemmän häiriöitä. Tässä ristipaineessa sähkön laadun jatkuva ja koko jakeluverkon kattava mittaus tulee kasvattamaan merkitystään. Työn tavoitteena on selvittää millaisia tyypillisimpiä ongelmia kuormat aiheuttavat sekä miten nykyaikainen AMR-mittari voisi toimia laajamittaisen sähkön laadun hallintajärjestelmän osana ja miten jännitteen laatua mittaava eql Laatumoduuli tukisi AMR-mittaria. Pääpaino tarkastelussa on nopeista jännitteen muutoksista aiheutuvassa välkynnässä, sillä hyvin suuri osa sähkön laatuvalituksista aiheutuu siitä. Työn teoriaosassa käydään läpi Suomessa sähkön laatuun vaikuttavia säännöksiä, sopimuksia ja standardia SFS-EN 50160, sähkön laadun mittauksen taustoja ja tulevaisuuden kehitysnäkymiä AMR-mittareita hyödyntäen, työssä käytettävien mittalaitteiden ominaisuuksia sekä muuttuneesta sähkön käytöstä aiheutuvia ongelmia. Mittausosiossa todennetaan muuttuneen sähkön käytön mahdollisesti aiheuttamia ongelmia sekä niiden havainnointia nykyisin käytössä olevilla AMR-mittareilla. Simuloinneissa mallinnetaan klapikoneen aiheuttamia sähkön laadun ongelmia sekä niiden mittaamista AMRmittarilla ja eql Laatumoduulilla. Tutkimus osoittaa, että työn tekohetkellä yleisesti käytössä olleella AMR-mittarilla Iskraemeco MT372:lla kyettiin mittaamaan jännitteen laadusta 10 minuutin jännitteen keskiarvot jänniteosumataulukkona, hälytysluonteisesti vaihevikoja ja epäsymmetriaa sekä jälleenkytkentöjä ja jännitteetöntä aikaa. Nopeista jännitemuutoksista aiheutuvaa välkyntää AMR-mittari ei kyennyt mittaamaan. Mittaustietojen käsittelyn muutoksella AMR-mittari voisi kuitenkin antaa indikoivan arvion välkynnästä. Tutkimuksessa havaittiin, että työn tekohetkellä eql Laatumoduuli olisi hyvä mittalaite laajamittaiselle välkynnän mittaukselle. Tutkimus suosittelee kustannustehokkuuden takia yhtä eql Laatumoduulia muuntopiiriä kohden ennalta valittuun kiinnostavaan kohteeseen, koska oikealla sijoituspaikan valinnalla voidaan saada riittävästi tietoa sähkön laadusta.

3 III ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Master s Degree Programme in Electrical Engineering PIKKARAINEN, MARKO: Power quality problems caused by changed electrical loads and evaluation and measurement of those problems. Master of Science Thesis, 93 pages, 3 Appendix pages March 2010 Major: Electrical energy systems Examiner: Professor Pekka Verho Keywords: Power quality, Automated Meter Reading, Iskraemeco MT372, eql Laatumoduuli, Dranetz PX-5, flicker, SFS-EN 50160, heatpump, wood splitter, welding machine, power quality problems caused by use of electric loads, large scale power quality management system. The measurement of power quality has traditionally been based on a centralised measurement at substations and on case-specific measurement aiming to respond to the report needs and the complaints. The device development has brought devices which noise resistance of power quality has fallen to the distribution network and devices which produce more disturbance than before to the distribution network. In this situation continuous and extensive measurement of power quality everywhere in the whole distribution network will increase its significance. The objective in this thesis is to find out what kind of typical disturbances loads are producing, how a modern AMR meter will work as a measuring device in a large scale power quality management system and how eql Laatumoduuli, device that measures voltage quality, could support AMR meters. This examination is focused on the flicker caused by quick changes in the voltage. Regulations and agreements influencing power quality in Finland, standard SFS-EN 50160, the background of power quality measurement and the future prospects of power quality measurement utilising AMR meters, properties of the measuring devices used in the thesis and power quality problems caused by the changed electric loads are examined in the theoretical part of the thesis. In the experimental part of the thesis the problems caused by the novel electric loads are verified with power quality analyzer Dranetz PX-5 in a real distribution network and with AMR meters. In the simulation part the problems caused by a wood splitter are modelled and measured with AMR meter and eql Laatumoduuli. The study indicates that it was possible to measure 10 minute average voltage, phase failures and voltage unbalance with alarm, short interruptions and time without voltage with Iskraemeco MT372 AMR meter. The meter was not able to measure flicker. However the AMR indicator could give an indicative estimate of flicker by changing the processing options of measurement data. In the study it was concluded that eql Laatumoduuli would be a good measuring device to implement large scale flicker measurement. The study recommends one eql Laatumoduuli for each network of one distribution transformer because of cost efficiency and because by choosing a correct installation location, enough information can be obtained about the power quality.

4 IV ALKUSANAT Tämä työ on tehty osana Sähkötutkimuspooli- ja yritysrahoitteista Sähkölaitteiden aiheuttamien verkkohäiriöiden arviointi -tutkimusprojektia. Työni tarkastajina ovat toimineet professori Pekka Verho ja TkT Pertti Pakonen. Pekalle haluan osoittaa kiitokset työni ammattimaisesta tarkastamisesta ja kommentoinnista sekä haasteellisesta diplomityöaiheesta. Pertille haluan antaa kiitokset työni hyvästä ohjauksesta, hyvistä ajatuksen vaihdoista ja opetuksesta työni varrella. Työ on tehty Tampereen teknillisen yliopiston Sähköenergiatekniikan laitoksella. Rauhallinen työympäristö ja mukavat työtoverit ovat luoneet työn tekemiselle hyvät mahdollisuudet. Työkavereita haluan kiittää mahdollisuudesta vuoro vaikuttaa kanssanne sekä mukavista kahvitaukohetkistä. Erityisesti laitoksen sihteerit ansaitsevat kiitoksen erittäin hyvin hoidetuista käytännön asioista. Suuri kiitos koko opiskeluajastani kuuluu vanhemmilleni sekä taloudellisesta että henkisestä avusta. Äitiäni haluan kiittää uhrautuvasta huolenpidosta, joka on auttanut minua monien vuosien ajan ja avannut monia mahdollisuuksia. Isääni haluan kiittää niistä monista keskusteluista ja väittelyistä, jotka ovat kehittäneet omaa ajatteluani, sekä opastuksesta elämässäni. Kiitokset myös appivanhemmilleni, kälyilleni ja kaikille kavereilleni, jotka ovat saaneet minut unohtamaan koulupaineet ja antaneet mahdollisuuden keskittyä vapaa-aikaan. Anne, rakas vaimoni. Sinua erityisesti haluan kiittää kaikesta osoittamastasi rakkaudesta, huolenpidosta, välittämisestä, tuesta ja avusta niin koulu-, työ- kuin kotiasioissa. Olet tuonut paljon valoa, rakkautta ja tarkoitusta elämääni. Mitkään sanat eivät riitä kuvaaman sitä kaikkea, josta haluaisin sinua kiittää. Viimeisenä haluan kiittää elämäni tarkoitusta herraani Jeesusta Kristusta, joka psalmin 23 sanojen mukaisesti on minun paimeneni, ei minulta mitään puutu.. Kiitos sinulle Kristus, että olet ottanut minut kadotuksen alta taivaan perilliseksi, kantanut syntini Golgatan keskimmäisellä ristillä ja antanut voiman tulla sinun lapseksesi. Sinulle kuuluu kiitos niin jokapäiväisestä leivästä kuin tästä mahdollisuudesta valmistua. Sinun kanssasi elämäni on saanut todellisen seikkailun ja tarkoituksen. Sinulle olkoon kiitos, kunnia ja ylistys aina ja ikuisesti. Tampereella 17. Maaliskuuta 2010 Marko Pikkarainen Havumetsänkatu 2 B Tampere

5 V SISÄLLYS 1. Johdanto Sähkön laatu Säännökset ja sopimusehdot sähkön laadun kannalta Sähkömarkkinalaki Hallituksen esitykset (HE 218/2002, HE162/1998) Sähköturvallisuuslaki Liittymisehdot Verkkopalveluehdot Yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet SFS-EN Verkkotaajuus Jakelujännitteen suuruus Jännitetason vaihtelut Nopeat jännitemuutokset ja välkyntä Jännitekuopat Lyhyet keskeytykset Pitkät keskeytykset Johtimen ja maan väliset tilapäiset käyttötaajuiset ylijännitteet Johtimen ja maan väliset transienttiylijännitteet Jakelujännitteen epäsymmetria Harmoninen ja epäharmoninen yliaaltojännite Verkon signaalijännitteet liittämiskohdassa Sähkön toimitusvarmuutta kuvaavat tunnusluvut Sähkön laadun seuranta Sähkön laadun mittauksen taustat Sähköasema Keskijänniteasiakkaan liittymiskohta Jakelumuuntaja Pienjänniteasiakas Laajamittaisen sähkön laadun hallintajärjestelmän toteutus mittalaitteiden näkökulmasta AMR-mittarin hyödyntäminen AMR-mittareita tukevat mittalaitteet Iskraemeco MT372 ja Laatumoduuli mittausominaisuuksineen Iskraemeco MT Laatumoduuli Laatuanalysaattori Dranetz PX Muuttuva sähkönkäyttö ja siitä aiheutuvat ongelmat Muuttuva sähkönkäyttö Lämpöpumput... 44

6 Klapikoneet Hitsauslaitteet Laitteiden aiheuttamat mahdolliset ongelmat Oikosulkumoottorikäyttöiset laitteet Hitsauslaitteet Kenttämittaukset Maaseutuverkko Lempäälässä Klapikoneen ja hitsauslaitteen aiheuttamat sähkön laadun poikkeamat Muuntopiirin AMR-mittareiden mittaustulokset Kaupunkiverkko Tampereella Simuloinnit Pienjänniteverkon ja klapikoneen malli Simulointien tulosten tarkastelua Jännitteen laadun mittauksen kehittäminen Case 1: Yksi Laatumoduuli muuntopiirissä Muuntajaa lähinnä oleva asiakas Pienjännitelähdön päässä oleva asiakas Pienjännitelähdöllä oleva asiakas Case 2: AMR-mittareiden mittauksen kehittäminen Johtopäätökset Lähteet VI

7 VII TERMIT JA NIIDEN MÄÄRITELMÄT AC AMKA AMR AMR-mittari COP DC PSCAD RTDS SENER SULPU THD VTT B E F I n n s P lt P st R r s T t U U v X x Z Vaihtovirta Riippukierrekaapeli Automated Meter Reading, Automaattinen mittariluenta Etäluettava energiamittari Coefficient of Performance, Lämpöpumpun lämpökerroin, joka kuvaa tuotetun lämmön suhdetta kulutettuun sähköenergiaan. Tasavirta Power System CAD Real Time Digital Simulation, Reaaliaikainen digitaalinen sähkövoimajärjestelmän simulointiohjelmisto Sähköenergialiitto, nykyinen Energiateollisuus ry Suomen Lämpöpumppuyhdistys Total harmonic distortion, Harmoninen kokonaissärö Valtion teknillinen tutkimuskeskus Lämpöpumpun lämpökerroin, joka kuvaa tuotetun lämmön suhdetta kulutettuun sähköenergiaan. Magneettivuontiheys Sähkökentän voimakkuus Voima Virta Pyörimisnopeus Synkroninen pyörimisnopeus Välkynnän pitkäaikainen häiritsevyysindeksi Välkynnän lyhytaikainen häiritsevyysindeksi Resistanssi Resistanssi Jättämä Jakson aika Aika Jännite Jännitteen muutos Nopeus Reaktanssi Reaktanssi Impedanssi

8 1 1. JOHDANTO Uudet kuormitustottumukset ovat muuttaneet sähköverkon käyttöä. Elintason nousu on kasvattanut sähköverkkoon kytkettävää laitekantaa ja esimerkiksi mökkien varustelutaso on noussut. (Nieminen 2009) Toisaalta kallistunut sähköenergian hinta ja kasvanut ympäristötietoisuus on voimistanut energiasäästöihin suuntautuvia investointeja. Tämän seurauksena muun muassa lämpöpumppujen määrä on kasvanut huomattavasti. (Sulpu 2009) Monipuolisemman sähkönkäytön takia myös sähkön laadun ongelmat ovat kasvaneet. Sähköverkkoon on kytketty sekä laitteita, joiden häiriönsietokyky on entistä pienempi, että laitteita, jotka tuottavat sähköverkkoon entistä enemmän häiriöitä. Ongelmia lisää sähköverkkojen rakentamisvaiheessa käytettyjen kuormitusmallien soveltumattomuus tämän päivän kuormitustottumuksiin sekä laitteiden aiheuttamien ongelmien etukäteisarviointiin soveltuvien menetelmien ja tiedon puute. (Pakonen 2009) Sähkön laatu koostuu asiakkaan kannalta lähinnä kahdesta osatekijästä jännitteen laadusta ja verkon käyttövarmuudesta. Näiden lisäksi sähkön toimituksen laatuun voidaan katsoa kuuluvan myös asiakaspalvelun laatu. (Lakervi et al. 2009) Tässä työssä sähkön laatua tarkastellaan jännitteen laadun kannalta. Perinteiset sähkönjakeluverkkojen mittaukset ovat käsittäneet asiakkaiden energiamittauksen lisäksi sähköasemien jännite- ja keskijännitelähtöjen virtamittaukset. Sähkön laatua pienjännitepuolella on mitattu lähinnä selvitys- ja reklamaatioluonteisissa tapauksissa. Yleensä ottaen ainut tieto sähkön laadusta on tullut asiakaspalautteena. Tieto sähköverkon tilasta on ollut hyvin suppeaa. (Lakervi et al. 2009) Sähkön laadun mittaus on kuitenkin tulossa tekniseen murroskohtaan. Etäluettavien energiamittareiden tuleminen markkinoille ja niiden nopea yleistyminen ovat luomassa mahdollisuuden jakeluverkon laajamittaiselle seurannalle (Energiateollisuus 2007). Niihin integroidut sähkön laadun mittausominaisuudet ovat muuttamassa sähkön laadun mittausta. Eritoten tiedon määrä ja kattavuus kasvavat tämän myötä valtavasti. Etäluettavat energiamittarit voivat tulevaisuudessa mahdollistaa yksityiskohtaisen sähkön laadun seurannan asiakaskohtaisesti. (Lakervi et al. 2009) Teknistaloudellisesti ei ole järkevää, ainakaan vielä, tuottaa etäluettavia energiamittareita, jotka kykenisivät hyvin tarkkoihin sähkön laadun mittauksiin. Nykyään markkinoilla olevilla etäluettavilla energiamittareilla kyetään mittaamaan ja raportoimaan lähinnä pitkäkestoisista ongelmista aiheutuvia pulmia sekä jännitekatkoja, mutta nopeat muutokset sähkön laadussa jäävät huomaamatta. Edellä mainittuja nopeita sähkön laadun ongelmia ovat muun muassa välkyntä ja jännitekuopat. Näiden tarpeiden tyydyttä-

9 miseksi on markkinoille tullut kiinteitä laitteita, joiden avulla voidaan mitata sähkön laatua entistä tarkemmin. Eräs tällainen laite on Laatumoduuli (MxElectrix 2010). Sähkön laadun mittauksen tarkentumisella ja laajentumisella on monia vaikutuksia. Asiakaspalvelu tulee parantumaan, sillä asiakkaille on tarjolla enemmän tietoa. Laatuongelmien selvittäminen nopeutuu, jos etäluettavilla energiamittareilla voidaan saada indikaatiota mahdollisista ongelmakohdista. Verkon investointi- ja kehittämissuunnitelmissa lisääntynyt sähkön laadun mittaustieto mahdollistaa verkon käyttöasteen parantumisen ja vähentää vääriä investointipäätöksiä. Yhdistämällä laajamittaisen sähkön laadun mittaustieto verkostolaskennan tietojen kanssa voidaan selvittää onko sähkön laadun ongelmien syynä liian heikko verkko vai ovatko kuormitukset liian häiritseviä. (Lakervi et al. 2009) Tässä työssä käsitellään muutamien viime vuosina yleistyneiden kuormitusten aiheuttamia sähkön laadun ongelmia sekä sähkön laadun mittaamista etäluettavien energiamittareiden ja muiden laitteiden avulla. Työn tarkoitus on selvittää mitkä ovat tyypillisimpiä sähkön laadun ongelmia ja mistä ne aiheutuvat, mitä nykyaikainen yleisesti käytettävä etäluettava energiamittari kykenee mittaamaan sähkön laadusta, mitä etäluettavan energiamittarin mittausominaisuuksilla varustetulla mittarilla on mahdollista selvittää välkynnästä sekä mitä lisätietoa MX Electrix Oy:n eql Laatumoduuli tuo sähkön laadun mittaukseen etäluettavan energiamittarin rinnalla. Luvussa kaksi esitellään sähkön laadun määrittelevät sopimukset ja säännökset, jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet määrittelevä standardi SFS-EN ja toimitusvarmuutta kuvaavat tunnusluvut. Luvussa kolme käsitellään jännitteen laadun mittausta. Tarkasteltavina asioina luvussa kolme ovat jännitteen laadun mittauksen kehitys aina keskitetystä mittauksesta tulevaisuuden laajamittaiseen sähkön laadun hallintajärjestelmään etäluettavan energiamittarin ja muiden sitä tukevien mittareiden avulla, erään etäluettavan energiamittarin Iskraemeco MT372:n ja Laatumoduulin ominaisuudet sekä erään laatuanalysaattorin Dranetz PX-5:n mittausominaisuudet. Luvussa neljä tarkastellaan eräiden kuormien yleistymistä ja niiden aiheuttamia ongelmia. Luvussa viisi tarkastellaan muutamien edellä mainittujen laitteiden osalta todellisessa verkkoympäristössä suoritettujen mittausten perusteella niiden käytöstä aiheutuvia sähkön laatuongelmia. Luvussa kuusi käsitellään luvussa viisi saatujen mittaustietojen pohjalta klapikoneen käytön aiheuttamia sähkön laadun ongelmia simuloimalla RTDSsimulointiympäristössä. Simuloinnista ulos saatuja jännitteitä mitattiin sekä laatuanalysaattorilla että etäluettavalla energiamittarilla ja Laatumoduulilla. Luvussa seitsemän pohditaan jännitteen laadun mittauksen tulevaisuuden kehittämistä ja esitetään eräs menetelmä, jonka avulla etäluettavilla energiamittareilla olisi mahdollista käsitellä nopeista jännitemuutoksista aiheutuvaa välkyntää. Luvussa kahdeksan esitetään työn johtopäätökset. 2

10 SÄHKÖN LAATU Sähkön laatu määritellään jakelujännitteen ominaisuuksina ja sähkön toimitusvarmuutena. Mitattavia sähkön laadun ominaisuuksia ovat: taajuus, jännitetaso, nopeat jännitemuutokset, aaltomuoto, kolmivaiheisen jakelujännitteen symmetria, keskeytykset ja erilaiset häiriöt. Luonteeltaan nämä ominaisuudet ovat ajan suhteen muuttuvia. Riittävän hyvänlaatuisen sähkön toimittamisen varmistamiseksi niin jakelujännitteelle kuin verkkoon kytkettäville laitteille asetetaan teknisiä reunaehtoja. Erilaiset reunaehdot ovat esitetty sopimusehdoissa, standardeissa ja alan suosituksissa. Liian tiukkojen jakelujännitteen rajojen asettaminen nostaa kohtuuttomasti jakeluverkon kokonaiskustannuksia (Honkapuro et al. 2003). Sähkönjakeluverkkojen suunnittelussa ja käytössä on monta osatekijää. Jakelujännitteen, käyttövarmuuden, turvallisuuden ja ympäristövaatimuksien ohella myös taloudellisuudella on erittäin suuri painoarvo. Näin ollen teknistaloudelliseksi suunnittelutehtäväksi sähköverkolle saadaan kaavan 2.1 mukainen yhtälö (Honkapuro et al. 2003): Optimoi F K K K K (2.1) K inv K käyt inv käyt kun kesk = Investointikustannukset = Käyttökustannukset (häviöt, henkilöstö, varaosat, kalusto) K kun = Kunnossapitokustannukset K kesk = Keskeytyskustannukset Reunaehtojen puitteissa: terminen kestoisuus oikosulkukestoisuus jännitteen laatu turvallisuus käyttövarmuus (hyväksyttävät keskeytysmäärät ja -ajat) Tässä luvussa käsitellään erilaisia sähkön laatuun liittyviä säännöksiä, standardeja, sopimusehtoja ja suosituksia sekä toimitusvarmuutta kuvaavia tunnuslukuja. Luvussa 2.1 paneudutaan yleisiin säännöksiin ja sopimusehtoihin sähkön laadun kannalta. Luvussa 2.2 käsitellään jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuuden määrittelevää standardia SFS-EN Luvussa 2.3 käsitellään sähkön toimitusvarmuutta kuvaavia tunnuslukuja.

11 Säännökset ja sopimusehdot sähkön laadun kannalta Erilaisia määräyksiä ja ehtoja, joissa otetaan kantaa sähkön laatuun, ovat muun muassa sähkömarkkinalaki 386/1995 ja sen muutokset 466/1999, 444/2003, 1172/2004, edellisiin liittyvät hallituksen esitykset HE162/1998 HE218/2002 ja HE218/2002, sähköturvallisuuslaki 410/1996 ja sen muutos 1465/2007 sekä Sähköenergialiitto ry:n suosittelemat liittymisehdot LE2005, verkkopalveluehdot VPE 05 ja sähköntoimitusehdot STE 05. Seuraavassa käydään läpi edellä mainittuja niiltä osin kuin ne käsittelevät sähkön laatua, sen mittaamista tai korvausvaatimuksiin liittyviä asioita. Tarkastelussa on pyritty karsimaan eri lähteiden päällekkäiset viittaukset toiston minimoimiseksi. Tästä syystä sähköntoimitusehtoja ei käsitellä omana lukunaan, sillä sähköntoimitusehdot ja verkkopalveluehdot ovat sähkön laadun kannalta lähes yhtenevät toistensa kanssa Sähkömarkkinalaki Sähkön laadun kannalta sähkömarkkinalaki osoittaa jakeluverkkoyhtiölle verkon kehittämisvelvollisuuden. Kehittämisvelvollisuus koskee muun muassa riittävän hyvälaatuisen sähkön toimittamista asiakkaille. Sähkömarkkinalain 9. :ssä sanotaan, että asiakkaille on turvattava riittävän hyvälaatuinen sähkö. Verkonhaltijan tulee ylläpitää, käyttää ja kehittää sähköverkkoaan sekä yhteyksiä toisiin verkkoihin asiakkaiden kohtuullisten tarpeiden mukaisesti ja turvata osaltaan riittävän hyvälaatuisen sähkön saanti asiakkaille (verkon kehittämisvelvollisuus). (L /1172 muutos) Sähkön toimituksen virhe määritellään pykälässä 27 c. Sen mukaan sähkön toimitus katsotaan virheelliseksi, jos sähkön laatu ei vastaa Suomessa noudatettavia standardeja. Suomessa tämä standardi on SFS-EN Yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet, joka määritellään tarkemmin Hallituksen esityksessä HE 218/2002. Sähköntoimitus on virheellinen, jos sähkön laatu tai toimitustapa ei vastaa sitä, mitä voidaan katsoa sovitun. Jollei toisin ole sovittu, sähköntoimitus on virheellinen, jos sähkö ei laadultaan vastaa Suomessa noudatettavia standardeja tai jos sähköntoimitus on yhtäjaksoisesti tai toistuvasti keskeytynyt eikä keskeytystä voida pitää keskeytyksen syy ja olosuhteet huomioon ottaen vähäisenä. (L /466 Sähkömarkkinalaki muutos) Vastuita virheellisessä sähkön toimituksessa sähkömarkkinalaki osoittaa sekä asiakkaalle että jakeluverkonhaltijalle. Asiakkaan vastuu liittyy ilmoittamisvelvollisuuteen, jonka mukaan virheestä on ilmoitettava kohtuullisessa ajassa virheen havainnosta. Asiakkaalla on myös oltava oikeus esittää virheeseen perustuvat vaatimuksensa. Jakeluver-

12 5 kon haltijan vastuulla on vastata virheestä kuluttajalle tai osoittaa virheen vastuullinen taho. Sähkömarkkinalain 27 g :ssä määritellään vastuutahot seuraavasti: Sähkönkäyttäjällä on aina oikeus esittää virheeseen sekä 27 f :ssä tarkoitettuun verkkopalvelun keskeytymiseen perustuvat vaatimuksensa jakeluverkonhaltijalle. Vaatimus on esitettävä kohtuullisessa ajassa siitä, kun sähkönkäyttäjä havaitsi virheen tai verkkopalvelun keskeytymisen taikka hänen olisi pitänyt se havaita ja hänellä oli vaatimuksen esittämiseksi tarvittavat tiedot jakeluverkonhaltijasta. Jakeluverkonhaltija vastaa virheestä kuluttajalle, jollei jakeluverkonhaltija kohtuullisessa ajassa vaatimuksesta tiedon saatuaan ilmoita kuluttajalle virheestä vastuussa olevaa vähittäismyyjää, joka ottaa vastattavakseen virheestä aiheutuvan vahingonkorvauksen tai hinnanalennuksen. (L /444 Sähkömarkkinalaki muutos) Hallituksen esitykset (HE 218/2002, HE162/1998) Hallituksen esitys sähkömarkkinalain muutoksesta ottaa kantaa sähkön laatuun sekä toimitusvarmuuteen. Sen mukaan ei ole taloudellisesti järkevää pyrkiä täydelliseen laatu- ja toimitusvarmuuteen. Hallituksen esityksen (HE 162/1998 vp) perusteluiden mukaan täydellinen laatutai toimitusvarmuus ei ole sähkön osalta taloudellisesti järkevä tavoite ja sähkönkäyttäjien on siksi sopeuduttava toimituksessa ilmeneviin kohtuullisiin laatuhäiriöihin ja keskeytyksiin. Sähköntoimituksessa ei voida katsoa olevan sellaista virhettä, josta aiheutuisi seuraamuksia, jos sähköntoimitus keskeytyy lyhyeksi aikaa eikä tämä ole usein toistuvaa.. (HE 218/2002) Hallituksen esitys myös tarkentaa mitä standardia pykälän 27 c kohdassa sovelletaan sähkön virheellisyyttä määriteltäessä. Sen mukaan sähkön laadun määrittelemiseen käytetään standardia SFS-EN Yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet. Hallituksen esitys ottaa myös kantaa siihen, että kyseisessä standardissa ei ole sähkön laadun kannalta asetettu rajoja pitkille keskeytyksille. Sähkömarkkinalain mukaan sähköntoimituksen virhettä arvioidaan myös sähkön laatua koskevien standardien perusteella. Suomessa noudatettavassa standardissa Yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet (SFS-EN 50160) ei ole kuitenkaan otettu kantaa keskeytysten enimmäisaikoihin. Muutakaan standardia, jonka avulla voitaisiin arvioida sähkömarkkinalaissa sähkön laadulle asetettuja vaatimuksia pitkien sähkökatkosten osalta, ei Suomessa ole kehitetty. Kuluttajansuojalaissa olevat yleiset säännökset kulutushyödykkeen virheestä ja hinnanalennuksesta eivät myöskään koske sähköntoimitusta.

13 6 Hallituksen esitys HE 162/1998 antaa sähkön laadun kannalta helpotuksen suhteessa standardiin. Sen mukaan standardin mukaisista laatuvaatimuksista voidaan poiketa suuntaan taikka toiseen erityisen tarpeen ilmaantuessa rikkomatta kuitenkaan sähköturvallisuuslakia. Standardin mukaisista laatuvaatimuksista voidaan liittymissopimuksessa, sähköverkkosopimuksessa taikka verkkopalvelun sisältävässä sähkönmyyntisopimuksessa poiketa parempaan tai huonompaan suuntaan, kun siihen on erityistä tarvetta. Ehdottoman rajan verkon kautta toimitettavan sähkön laatukysymyksissä asettavat sähköturvallisuutta koskevat säännökset ja määräykset. (HE 162/1998) Sähköturvallisuuslaki Sähköturvallisuuslaki ottaa kantaa sähkön laatuun ainoastaan aiheutetun häiriön muodossa. Keskeisenä osana on, etteivät sähkölaitteet saa häiritä eivätkä häiriintyä sähköisesti tai sähkömagneettisesti liikaa. Sähkölaitteet ja -laitteistot on suunniteltava, rakennettava, valmistettava ja korjattava niin sekä niitä on huollettava ja käytettävä niin, että: 1) niistä ei aiheudu kenenkään hengelle, terveydelle tai omaisuudelle vaaraa; 2) niistä ei sähköisesti tai sähkömagneettisesti aiheudu kohtuutonta häiriötä; sekä 3) niiden toiminta ei häiriinny helposti sähköisesti tai sähkömagneettisesti. Jos sähkölaite tai -laitteisto ei täytä 1 momentin edellytyksiä, sitä ei saa saattaa markkinoille eikä ottaa käyttöön. (L /1465) Lain mukaan vahinkoa aiheuttaneen sähkölaitteen haltija on korvausvelvollinen aiheuttamastaan vahingosta. Sähköturvallisuuslaki määrittää myös, että jos sähkölaitteisto aiheuttaa vaaraa tai häiriötä toiselle sähkölaitteistolle ja molemmat laitteet täyttävät sähkölaitteille asetetut säännökset, on myöhemmin rakennetun laitteen omistajan ryhdyttävä toimenpiteisiin. Kuitenkin, jos ensimmäisenä rakennettu laite on huomattavasti pienemmin kustannuksin muutettavissa, tulee tällöin ensimmäisenä rakennetussa laitteessa suorittaa tarvittavat korjaustoimenpiteet. Vahinkoa aiheuttaneen sähkölaitteen tai -laitteiston haltija on tuottamuksesta riippumatta velvollinen korvaamaan sähkövahingon, jollei tässä luvussa toisin säädetä. (L /410) Jos sähkölaitteisto aiheuttaa häiriötä tai vaaraa toiselle sähkölaitteistolle tai sen käytölle taikka aiheuttaa sen välityksellä häiriötä tai vaaraa, vaikka molemmat laitteistot ovat 5 :n ja 5 a luvun säännösten tai 6 :n nojalla annettujen määräysten ja hyvän teknisen tavan mukaisia, myöhemmin rakennetun laitteiston omistajan tulee, jollei 2 mo-

14 7 mentista muuta seuraa, suorittaa laitteistossaan häiriön tai vaaran poistamiseksi tarvittavat toimenpiteet. (L /1465) Jos häiriö tai vaara on poistettavissa 1 momentissa tarkoitetuista toimenpiteistä aiheutuvia kustannuksia huomattavasti pienemmin kustannuksin muuttamalla tai täydentämällä aikaisemmin rakennetun laitteiston teknistä rakennetta ja tämä voidaan tehdä aiheuttamatta laitteiston toiminnalle kohtuutonta haittaa, aikaisemmin rakennetun laitteiston omistajan tulee suorittaa tarvittavat muutokset tai täydennykset laitteistossaan. (L /410) Liittymisehdot 05 Energiateollisuus ry:n suosittelemissa sähkönkäyttöpaikkojen liittymisehdoissa maininnat sähkön laatuun ovat kappaleissa 6 ja 8. Sähkölaitteen jakeluverkkoon liittämisestä sanotaan, että jakeluverkon haltija liittää sähkölaitteet verkkoonsa, kun liittyjä vakuuttaa, ettei sähkölaitteistonsa kytkemisestä aiheudu vaaraa tai häiriötä. Jakeluverkon haltija liittää liittyjän sähkölaitteistot verkkoonsa, kun liittymissopimus on voimassa ja liittyjä vakuuttaa sähkölaitteistonsa olevan sellaisessa kunnossa, että yhteen kytkemisestä ei aiheudu vaaraa tai häiriötä. Liittyjän tulee esittää sähkölaitteistoa koskeva asianmukainen tarkastuspöytäkirja jakeluverkon haltijan sitä vaatiessa. (Energiateollisuus ry 2005 a) Kappaleessa 8 vastuuta sähkölaitteiston kunnosta annetaan molemmille sopijaosapuolille. Liittymisehtojen mukaan molemmat osapuolet sitoutuvat pitämään laitteistonsa sähköturvallisuuslain edellyttämässä kunnossa. Sopijapuolet ovat velvollisia pitämään sähkölaitteistonsa sähköturvallisuuslain (410/1996) ja sen nojalla annettujen säännösten ja määräysten edellyttämässä kunnossa. (Energiateollisuus ry 2005 a) Vian selvittämisestä Liittymisehdot määrittävät jakeluverkon haltijan vastuulliseksi toimijaksi. Jakeluverkon haltijan tulee viipymättä ilmoituksen saatuaan ruveta selvittämään vikaa. Jos vika ei ole jakeluverkon haltijan vastuualueen piirissä, tulee jakeluverkon haltijan ilmoittaa käsityksensä vastuutahosta. Jos liittyjä tai käyttäjä on ilmoittanut jakeluverkon haltijalle havaitsemastaan viasta tai häiriöstä, joka kuuluu jakeluverkon haltijan korjausvelvollisuuden piiriin, jakeluverkon haltijan on ilmoituksesta tiedon saatuaan ryhdyttävä viipymättä toimiin tilanteen korjaamiseksi. Jollei liittyjän ilmoittama vika tai häiriö kuulu jakeluverkon haltijan korjausvelvollisuuden piiriin, jakeluverkon haltija ilmoittaa käsityksensä vastuutahosta. (Energiateollisuus ry 2005 a)

15 Verkkopalveluehdot 2005 Energiateollisuuden suosittelemissa Verkkopalveluehdoissa määritellään kappaleessa 10 kohdassa 4 sähkön laadun arvioinnissa käytettävä standardi ja sähkön laadun mittauspiste. Käytettävä standardi on sama kuin hallituksen esityksessä todettu SFS-EN Sähkön laadun määrittelykohta on liittymispiste Verkkopalvelun laatua (laatupoikkeamia) arvioitaessa on seuraavat näkökohdat otettava huomioon: Sähkön laatu määritetään liittämiskohdassa Jollei toisin ole sovittu, verkkopalvelussa on virhe, jos sähkö ei laadultaan vastaa Suomessa noudatettavia standardeja (näiden ehtojen voimaan tullessa käytettävä standardi on SFS - EN 50160) Kolmivaiheista sähköä koskevassa verkkopalvelussa yhden tai kahden vaiheen keskeytyminen voi olla kohdassa tarkoitettu keskeytys. (Energiateollisuus ry 2005 b) Asennettaville sähkölaitteille asetetaan verkkopalveluehdoissa samat perusvaatimukset kuin liittymisehdoissa. Tarkennusta annetaan sähkölaitteista tai -laitteistoista, joiden aiheuttamille verkkohäiriöille ei kyseiseen tapaukseen ole sopivia standardeja. Tällaisessa tapauksessa laitteiston omistajan on tehtävä jakeluverkkoyhtiölle selvityspyyntö asiasta. Verkkopalveluehdot myös tarkentavat millaiset laitteet yleensä tarvitsevat selvityspyyntöä ja millaisista laitteistoista käyttäjän tulee tehdä ilmoitus jakeluverkkoyhtiölle Jos käyttäjän sähkölaitteen tai -laitteiston aiheuttamille verkkohäiriöille ei ole olemassa kyseiseen tapaukseen soveltuvia standardeja, jakeluverkon haltija selvittää käyttäjän pyynnöstä, voidaanko laite tai laitteisto liittää kyseiseen verkkoon. Jos käyttäjä ei tee tällaista selvityspyyntöä, jakeluverkon haltija voi puuttua asiaan jälkikäteen kohdan 4.8. mukaisesti. Selvityspyynnön tekemistä suositellaan etenkin seuraavissa tapauksissa: sähkölaitteen tai -laitteiston kytkentävirta on suuri verrattuna pääsulakkeen kokoon; sähkölaitteen tai -laitteiston verkkoon kytkeytyminen tapahtuu usein; sähkölaitteen tai -laitteiston käyttö edellyttää jakeluverkon haltijan erityistoimenpiteitä; tai sähkölaite tai -laitteisto aiheuttaa merkittävää yliaaltovirtaa Selvityspyyntöä ei yleensä tarvitse tehdä laitteista, joiden ylivirtasuojan suuruus on enintään 16A. Jakeluverkon haltija ilmoittaa erikseen alueet, joilla selvityspyynnön raja on tätä pienempi. Yliaaltovirtojen häiritsevyyden arvioinnissa voidaan käyttää apuna alan järjestöjen julkaisuja Tyypillisesti ennakkoselvitystä vaativia ovat:

16 9 moottorit, joiden käynnistysvirta on suuri verrattuna pääsulakkeiden kokoon; generaattorit ja muut jännitettä, energiaa tai oikosulkutehoa syöttävät laitteet; loissähkön kompensointilaitteet; hitsauslaitteet; kompressorit; suurehkot elektroniikkaohjatut laitteet; ja suurehkot suuntaajien tai taajuusmuuttajien laitteet. 4.2 Käyttäjän tulee lisäksi ilmoittaa verkonhaltijalle kohdan mukaisista laitteistoista ennen niiden käyttöönottoa sekä lisäksi varmistua siitä, että sähkön syöttö sähköntuotantolaitteiston käyttöpaikasta jakeluverkkoon on tehokkaasti estetty kaikissa olosuhteissa. (Energiateollisuus ry 2005 b) Verkkopalveluehdoissa kohdassa 4.5 määritellään häiriöistä aiheutuva korvausvelvollisuus. Sen mukaan käyttäjä on korvausvelvollinen, jos hän on tiennyt tai hänen olisi pitänyt tietää mahdollisista haitoista. Jos käyttäjällä ei tätä mahdollisuutta ole ollut, vastaa käyttäjä mahdollisista haitoista jakeluverkon haltijan huomautuksen jälkeen. Tavanomaista paremman sähkön laadun tarpeesta kerrotaan kohdassa Sopijapuolet ovat velvollisia korvaamaan toisilleen edellisissä (4.2, 4.3. ja 4.4.) kohdissa tarkoitettujen säännösten, määräysten ja kirjallisten ohjeiden vastaisten asennustensa tai viallisten laitteidensa tai niiden käytön aiheuttaman 11. luvussa määritellyn vahingon samassa luvussa mainituin edellytyksin ja rajoituksin. Käyttäjän vastuu koskee myös sellaisia mainituista syistä muille käyttäjille aiheutuvia vahinkoja, jotka jakeluverkon haltija joutuu tai voi joutua korvaamaan muille käyttäjille. Käyttäjän korvausvelvollisuus on kuitenkin rajoitettu seuraavasti: Käyttäjä on korvausvelvollinen vain, jos hän on tiennyt tai hänen olisi pitänyt tietää asennustensa tai laitteidensa tai niiden käytön mahdollisesti aiheuttamista riskeistä ottaen huomioon hänen asiantuntemuksensa, käyttämänsä laitteen tai asennuksen ominaisuudet sekä jakeluverkon haltijan hänelle mahdollisesti antama informaatio Kun sähkölaitteessa tai -laitteistossa on vika tai ominaisuus, jota käyttäjä ei ole voinut havaita, käyttäjä vastaa tällaisesta sähkölaitteesta tai -laitteistosta mahdollisesti aiheutuvista vahingoista ja kustannuksista, jos hän jatkaa haittaa tuottavan laitteen tai laitteiston käyttämistä jakeluverkon haltijan huomautuksesta huolimatta. (Energiateollisuus ry 2005 b) Verkkopalveluehtojen kohdassa 4.8 annetaan ohjeistus kuinka tulee toimia, jos sähkölaitteet häiritsevät merkittävästi muita käyttäjiä. Sen mukaan jakeluverkon haltijan tulee sopia toimenpiteet yhdessä häiriötä aiheuttavan käyttäjän kanssa. Mahdollisia toimenpiteitä ovat esimerkiksi käytön rajoitus tai jopa laitteen käyttökielto.

17 Jos käyttäjän sähkölaitteet haittaavat merkittävästi toisten käyttäjien sähkönkäyttöä, jakeluverkon haltijan tulee yhdessä käyttäjän kanssa määritellä keinot haitan poistamiseksi tai pienentämiseksi. Jakeluverkon haltija voi tällöin esimerkiksi rajoittaa laitteen käytön tapahtuvaksi määräaikoina. Jakeluverkon haltija voi kieltää laitteen käytön vain, jos laitteen käyttö ei ole lainkaan mahdollista ilman, että siitä aiheutuu merkittävää haittaa muille käyttäjille. (Energiateollisuus ry 2005 b) Joissakin tapauksissa voi sähkön käyttäjä tarvita standardilaatua parempaa sähköä. Tällaisesta tilanteesta mainitaan verkkopalveluehtojen kohdassa Sen mukaan tässä tilanteessa käyttäjän tulee ottaa yhteyttä jakeluverkon haltijaan Jos käyttäjä tarvitsee esimerkiksi laitteidensa herkkyyden takia tavanomaisen verkkopalvelun mukaista sähköä laadultaan parempaa sähköä (vertaa kohta 10.4.) tai sähkönsaannin keskeytyksettömyyttä (vertaa kohta 10.5.), käyttäjän tulee ottaa yhteyttä jakeluverkon haltijaan asian selvittämiseksi. (Energiateollisuus ry 2005 b) Verkkopalveluehdot ovat uusiutumassa kevään 2010 aikana. Keskeisiltä osin suuria muutoksia edellä mainittuihin kohtiin ei ole tulossa Yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet SFS-EN Jakelujännitteen ominaisuuksia käsittelee standardi SFS-EN 50160:2008, joka on vahvistettu kansalliseksi standardiksi. Standardissa esitetään jännitteen pääominaisuudet yleisessä pien- ja keskijänniteverkoissa verkon käyttäjän liittymiskohdassa sekä annetaan ominaisuuksille rajat ja arvot, joiden sisällä asiakas voi olettaa jännitteen pysyvän. Huomionarvoista on, että standardi SFS-EN on puhtaasti jakelujännitettä koskeva standardi. Siinä ei puututa virtojen aaltomuotoon eikä näin ollen aseteta virran aaltomuodoille tai suuruuksille rajoja. Tässä kappaleessa käydään läpi SFS-EN standardia. Tarkasteluissa keskitytään jakelujännitteen ominaisuuksiin pienjänniteverkossa sen ollessa tarkoituksenmukaisempi työn kannalta. Pienjännite määritellään standardissa jännitteeksi, jonka nimellinen tehollisarvo on enintään 1 kv. Standardia käytetään Suomessa määrittelemään sähkötoimituksen virheellisyys, Jos muuta ei ole sovittu sähkötoimitus todetaan virheelliseksi, jos se ei täytä Standardin SFS-EN vaatimuksia (HE 162/1998). Standardi antaa joillekin suureille selviä raja-arvoja, kun taas toisille se antaa vain indikatiivisiä arvoja. Standardia ei sovelleta seuraavissa epänormaaleissa käyttötilanteissa: viasta alkaneissa olosuhteissa tai tilapäisissä syöttöjärjestelyissä, joiden avulla pyritään toimittamaan käyttäjille sähköä tai minimoimaan käyttökeskeytyksen laajuus ja kesto

18 11 tapauksessa, jossa asiakkaan asennukset ja laitteet eivät täytä voimassa olevia standardeja tai teknisiä vaatimuksia, joita niiden verkkoon liittämiselle on annettu poikkeuksellisissa tapauksissa joita ovat poikkeukselliset sääolot ja luonnonkatastrofit, ulkopuolisten aiheuttamat häiriöt, viranomaisten toimet, työtaistelut, ylivoimainen este ja ulkopuolisista tapahtumista aiheutuvat tehonvajaus Standardin on tarkoitus määritellä ja kuvata jakelujännitteen ominaisuuksia. Edellä mainittuja ominaisuuksia ovat: taajuus suuruus aaltomuoto kolmivaiheisen jännitteen symmetria Standardin lisäksi Suomessa on käytössä Sähköenergialiiton Jakeluverkon sähkön laadun arviointi-suositus. Tässä suosituksessa annetaan jakeluverkkoyhtiöille vapaaehtoiset Suomen oloihin sopivat sähkön laatuluokat: korkea laatu, hyvä laatu ja standardin SFS-EN mukainen laatu Verkkotaajuus Sähköverkon taajuus vaihtelee koko verkon tuotannon ja kuormituksen tasapainon suhteen. Verkkotaajuuden ollessa nimellisen suuruinen on koko synkronisesti yhteen kytketyssä verkossa yhtä paljon tuotantoa kuin kulutusta. Taajuuden pudotessa alle nimellisen taajuuden tuotantoa on vähemmän kuin kulutusta ja taajuuden noustessa yli nimellisen taajuuden tuotantoa on enemmän kuin kulutusta (Fingrid 2009). Standardin (SFS-EN ) mukaan nimellistaajuuden tulee olla 50 Hz. Normaaleissa käyttöolosuhteissa standardi antaa 10 s aikavalin keskiarvoille seuraavat rajat: yhteiskäyttöverkoissa: 50 Hz ± 1 % (49,5 Hz 50,5 Hz) 99,5 % vuodesta 50 z + 4 % / - 6 % (47 Hz 52 Hz) 100 % ajasta erillisverkoissa (esim. jakelujärjestelmät tietyillä saarilla) 50 Hz ± 2 % (49 Hz 51 Hz) 95 % viikosta 50 Hz ± 15 % (42,5 Hz 57,5 Hz) 100 % ajasta Jakelujännitteen suuruus Standardi määrittää nimellisjännitteeksi julkisessa pienjänniteverkossa U n = 230 V, joko vaiheen ja nollan välillä tai vaiheiden välillä. Nimellisjännite U n määritellään standardissa olemaan jakeluverkkoa kuvaava jännite ja johon tiettyjä ominaisuuksia verrataan. Standardi määrittelee myös toisen jännitemääritelmän sopimuksenmukainen jännite U c. Sopimuksenmukainen jännite on yleensä nimellisjännitteen suuruinen, mutta jakeluverkkoyhtiön ja verkon käyttäjän keskinäisen sopimuksen mukaan liittämiskohdassa voidaan soveltaa muuta jännitetasoa kuin nimellisjännite ja tämä jännite on sopimuksen mukainen jännite. (SFS-EN )

19 Jännitetason vaihtelut Jännitetason vaihtelut aiheutuvat verkon kuormitustilanteen muutoksista ja generaattoreiden säädöistä. Säteittäisessä verkossa lyhyillä johdoilla jännite johdon vastaanotto päässä voidaan johtaa kuvasta 2.1. Loppupään jännite on kaavan 2.2 mukainen. Kuva 2.1. Lyhyen johdon yksivaiheinen sijaiskytkentä V R V Z I, (2.2) S V kuorman jännite R I kuorman ottama virta R R Z johdon alku- ja loppupään välinen impedanssi V johdon alkupään jännite S Vaatimuksena standardi määrittelee, että jännitevaihtelun tulisi olla ± 10 % nimellisjännitteestä. Syynä tähän on se, että laitteiden valmistuksen kannalta ei ole teknisesti eikä taloudellisesti järkevää rakentaa laitteita, joiden jännitetoleranssi olisi suurempi kuin ± 10 %. Toisaalta myös yleiset kokemukset ovat osoittaneet äärimmäisen epätodennäköisiksi tilanteet, joissa jatkuvat jännitetason vaihtelut ylittäisivät ± 10 % pitkällä aikavälillä (SFS-EN ). Normaaleissa käyttöolosuhteissa jännitetasolle standardi antaa rajoiksi jokaisen viikon aikana 95 % jakelujännitteen 10 minuutin tehollisarvoista tulee olla välillä U n ± 10 % ja kaikkien jakelujännitteiden 10 minuutin tehollisarvojen tulee olla välillä U n + 10 % / -15 %. Näihin rajoihin eivät kuulu tilanteet, jotka aiheutuvat vikatapauksista tai jännitekatkoksista. Poikkeuksen standardi antaa syrjäisten seutujen sähkönjakelulle pitkillä johdoilla, joissa jännitevaihtelu voi olla alueen U n + 10 % / -15 % ulkopuolella. Näissä tapauksissa verkonkäyttäjää olisi informoitava asiasta (SFS-EN ).

20 Nopeat jännitemuutokset ja välkyntä Standardin mukaan jännitetason nopeat muutokset aiheutuvat pääasiassa asiakkaan verkossa tapahtuvista kuormitusmuutoksista tai järjestelmässä tapahtuvista kytkennöistä. Rajoiksi nopeille jännitemuutoksille standardi ehdottaa, että normaaleissa tilanteissa nopea jännitemuutos ei ylitä 5 % arvoa U n, mutta lyhytaikaisesti jopa 10 % nopea jännitteenmuutos voi tapahtua joissakin olosuhteissa muutaman kerran päivässä. Jännitteen laskeminen alle 90 % U n luetaan jännitekuopaksi (SFS-EN ). Välkynnän standardi määrittelee valonlähteen luminanssin tai spektrijakauman muutosten aiheuttamaksi näköaistimuksen epävakaisuudeksi, joka aiheutuu jännitteen heilahteluista. Välkynnän ärsyttävyyttä standardissa mitataan UIE IEC välkynnän mittausmenetelmällä. Mittausmenetelmä tuntee kaksi häiritsevyysindeksiä lyhytaikaisen ja pitkäaikaisen häiritsevyysindeksin. Lyhytaikainen häiritsevyysindeksi (P st ) mitataan kymmenen minuutin aikaväliltä. Pitkäaikainen häiritsevyysindeksi (P lt ) lasketaan 12 kahden tunnin aikaväliltä saaduista P st arvoista yhtälön 2.3 mukaan (SFS-EN ) P 3 sti P lt (2.3) i 1 12 P välkynnän pitkäaikainen häiritsevyysindeksi lt P 10 minuutin ajanjakson i välkynnän lyhytaikainen häiritsevyysindeksi sti Standardi määrittelee rajan välkynnälle pitkäaikaisen häiritsevyysindeksin avulla. Pitkäaikaisen häiritsevyysindeksin tulisi olla P lt 1 95 % ajasta minkä tahansa viikon aikana. Toisaalta standardissa todetaan, että reagoiminen välkyntään on yksilöllistä ja voi vaihdella välkynnän aiheuttajan ja keston mukaan. Joissakin tapauksissa arvolla P lt =1 toiset aistivat välkynnän ärsyttäväksi kun taas toisissa tapauksissa suuremmilla P lt tasoilla ei ole havaittu haittavaikutuksia (SFS-EN ). Suositus suurimmalle jännitteen vaihtelulle jännitteen vaihtelun taajuuden funktiona on esitetty kuvassa 2.2. Kuvasta havaitaan, että herkimmillään välkynnän havaitsee, jos jännitevaihteluita on noin 1000 kertaa minuutissa. Kuvasta nähdään, että tarpeeksi korkeilla taajuuksilla välkyntää ei enää havaita (Kujala 2009).

21 14 Kuva 2.2. Lyhytaikaisen häiritsevyysindeksin käyrä P st =1 suorakulmaisen jännitteenvaihtelun taajuuden funktiona (IEC ) Jännitekuopat Jännitekuopaksi standardi määrittelee äkillisen jännitteen alenemisen välille 1..90% U c ja jännitteen palautumisen lyhyen ajan kuluttua. Tavalliseksi kestoksi määritellään 10 millisekunnista 1 minuuttiin. Jännitekuopat aiheutuvat tavallisesti verkonkäyttäjän asennuksissa tai jakeluverkossa tapahtuvista vioista. (SFS-EN ) Tavallisimpina aiheuttajina ovat sääilmiöt (ukkonen, tuuli, lumi), eläimet (linnut, oravat jne.), komponenttiviat ja merkittävät muutokset tehon syötön suunnassa (Pohjanheimo 2003). Ne ovat satunnaisia, odottamattomia tapahtumia, joiden esiintymistiheys vaihtelee suuresti jakelujärjestelmän tyypin ja havainnointipaikan mukaan (SFS-EN ). Selvin esimerkki jännitekuopasta on esitetty kuvassa 2.3. Keskijännitelähdöllä tapahtuu kolmivaiheinen oikosulku. Oikosulun seurauksena vikapaikkaan virtaa suuri vikavirta. Vikavirta aiheuttaa jännitteenaleneman verkon impedansseissa ennen verkon suojauksen toimimista. Sähköaseman kiskojännite, jota merkitään kuvassa U bus, voidaan laskea kaavan 2.4 avulla. (Pohjanheimo 2003.) Kaavasta 2.4 huomataan, että mitä pienempi Z l on, toisin sanoen mitä lähempänä vika sijaitsee sähköasemaa, sitä pienempi on jäännösjännite. Kiskojännitteen aleneminen näkyy kaikilla sähköasemalta sähkön syöttönsä saavilla asiakkailla.

22 15 Kuva 2.3. Esimerkki kolmivaiheisen vian aiheuttamasta jännitekuopasta (Pohjanheimo 2003) Z L U BUS U SOURCE (2.4) Z Z Z S T L Jännitekuopan vaikutus kuormille riippuu kahdesta tekijästä jäännösjännitteestä ja jännitekuopan kestosta. Jotkut kuormitukset ovat erittäin herkkiä jännitekuopille ja saattavat sekoittaa niiden toiminnan (Viljainen 2001). Hyvä esimerkki erittäin herkästä jännitekuopan häiritsemästä kuormasta on kaasupurkauslamppu. Kaasupurkauslamppu sammuu jo hyvinkin lyhytkestoisesta jännitekuopasta. Kuvassa 2.4 on esitetty eräiden kaasupurkauslamppujen jännitekuoppakestoisuuskäyrät jäännösjännitteen ja jännitekuopan keston funktiona.

23 16 Kuva 2.4. Seitsemän kaasupurkauslampun jännitekuopan kestoisuuskäyrät (Hg = elohopeapurkauslamppu, HPS =suurpainenatriumlamppu (high presure sodium), MH = monimetallilamppu (metal halide)) (Pohjanheimo 2003) Standardi antaa jännitekuopille ainoastaan indikatiivisiä raja-arvoja. Raja-arvot ovat erittäin epämääräisiä. Standardin mukaan jännitekuoppien oletettavissa oleva määrä vaihtelee vuosittain muutamista kymmenistä tuhanteen. Kesto suurimmassa osassa on alle 1 sekuntia ja jäännösjännite yli 40 %. Suuremmista ja pidemmistä jännitekuopista sanotaan, että niitä voi esiintyä. Kuopista joiden jäännösjännite jää % U n sanotaan, että voi asiakkaan asennuksissa tapahtuvista kytkennöistä tapahtua hyvinkin usein. (SFS-EN ) Lyhyet keskeytykset Lyhyet keskeytykset määritellään standardissa tilanteeksi, jossa ohimenevän vian aiheuttamana jännite putoaa liittymiskohdassa alle 1 % U c ja joka kestää enintään kolme minuuttia. Viat johtuvat ulkopuolisista tekijöistä kuten laitevioista ja häiriöistä. (SFS- EN ) Viasta aiheutuva jännitteetön aika pikajälleenkytkennästä on tyypillisesti 0,3-0,4 sekunnin pituinen ja aikajälleenkytkennästä 1-2 minuutin pituinen (Honkapuro et al. 2003). Määritelmästä johtuen onnistuneet pika- ja aikajälleenkytkennät lasketaan lyhyiksi keskeytyksiksi. Suurin osa sähköverkon vioista poistuu verkosta pika- tai

24 17 aikajälleenkytkennällä. Vuonna % sähköverkon vioista oli lyhyitä keskeytyksiä (Keskeytystilasto 2008). Lyhyille keskeytyksille standardi antaa vain indikatiiviset raja-arvot. Määrille rajaarvoksi vuosittain annetaan normaali käyttöolosuhteissa muutamasta kymmenestä useisiin satoihin. Alle yhden sekunnin pituisia keskeytyksiä voi standardin mukaan olla noin 70 % kaikista lyhyistä keskeytyksistä. (SFS-EN ) Lyhyiden keskeytysten aiheuttaman taloudellisen haitan määritteleminen on vaikeaa. Yleensä haitan arviointi on tapaus- ja sähkönkäyttäjäkohtaista, koska erilaisten kuormien häiriöalttius on hyvin erilaista ja vaihtelee samallakin käyttäjällä tehtävän työn, vuorokauden ja vuodeajan mukaan. (Honkapuro et al. 2003) Standardin ohella Suomessa on käytössä Energiateollisuus ry:n, entinen Sähköenergialiitto Sener, tekemät suositukset pikajälleenkytkentöjen määristä. Suositus jakaa käyttöpaikat neljään kategoriaan: city, taajama, maaseutu ja erikoisolosuhteet. Näille paikoille annetaan enimmäismääriksi vuodessa normaaliolosuhteissa, joihin ei lasketa rajuista ilmastollisista syistä aiheutuvia pikajälleenkytkentöjä: city -, taajama 50 kpl, maaseutu 100 kpl ja erityisolosuhteet ei määritetty. Samoille paikoille annetaan kaikkien pikajälleenkytkentöjen enimmäismääriksi kuukaudessa: city -, taaja 25 kpl, maaseutu 50 kpl ja erityisolosuhteet ei määritelty. (Miettinen et al. 2001) Pitkät keskeytykset. Standardi luokittelee pitkiksi keskeytyksiksi häiriökeskeytykset ja suunnitellut keskeytykset, joiden kesto on yli kolme minuuttia. Häiriökeskeytykset aiheutuvat usein ulkopuolisista toimista tai tapahtumista, joihin sähköntoimittaja ei voi vaikuttaa. Suunnitellut keskeytykset aiheutuvat jakeluverkossa tehtävistä töistä ja niistä on etukäteen ilmoitettu sähkönkäyttäjille. (SFS-EN ) Pitkien keskeytyksien määrille ja pituuksille on standardin mukaan mahdotonta antaa tyypillisiä arvoja, sillä määrät riippuvat eri maiden järjestelmärakenteiden eroista, kolmansien osapuolien ennakoimattomuudesta sekä sääolojen vaikeasta ennustamisesta. Standardi kuitenkin antaa indikaatiiviseksi vuosittaiseksi arvoksi pitkien keskeytyksien määrälle normaaleissa käyttöolosuhteissa alle 10 tai jopa 50 alueesta riippuen. Suunnitelluille keskeytyksille standardi ei anna minkäänlaisia raja-arvoja. (SFS-EN ) Johtimen ja maan väliset tilapäiset käyttötaajuiset ylijännitteet Tilapäiseksi käyttötaajuiseksi ylijännitteeksi standardi määrittelee annetussa paikassa suhteellisen pitkään kestävän ylijännitteen, joka aiheutuu kytkentätoimenpiteistä tai vioista (esimerkiksi yksivaiheinen vika). Tilapäinen käyttötaajuinen ylijännite poistuu yleensä kun vika on saatu selvitettyä. (SFS-EN ) Yleisen jakeluverkon tai asiakkaan asennuksista aiheutuvista vioista tilapäinen käyttötaajuinen ylijännite voi nousta vaiheiden välisen jännitteen suuruiseksi (440 V:n saakka 230/400 V verkossa) kolmivaihejärjestelmän nollapisteen muuttumisen vuoksi. Lo-